邱家媛，徐建軍，晏 浩

(南昌大學a.基礎(chǔ)醫(yī)學院病理生理教研室； b.第二附屬醫(yī)院心胸外科, 南昌 330006)

心血管疾病是威脅人類健康的重大疾病之一，隨著心血管疾病病程的進展必將出現(xiàn)不可逆性的心血管重構(gòu)，并以循環(huán)衰竭而終結(jié)。傳統(tǒng)觀點認為早期的心血管重構(gòu)是機體應(yīng)對壓力增高的主動代償性改變，而近年來的研究已發(fā)現(xiàn)早期心血管重構(gòu)與心血管疾病的發(fā)病率和死亡率密切相關(guān)[1]。外泌體作為一種細胞間信息交流的穩(wěn)定載體，其內(nèi)容物miRNA可靶向調(diào)控細胞信號通路，進而參與如血管重塑、心肌缺血、心肌肥厚以及免疫炎癥反應(yīng)等多個病理生理過程[2]。本文對外泌體的來源和功能以及其中的miRNA在病理性心血管重構(gòu)形成過程中的作用作一綜述，以探究外泌體在疾病發(fā)生發(fā)展中的具體機制，并為其在臨床治療中的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

1 外泌體

1.1 外泌體的來源

20世紀80年代，PAN等[3]首次報道在體外培養(yǎng)的羊紅細胞中發(fā)現(xiàn)了一種囊泡結(jié)構(gòu)，隨后通過電子顯微鏡再次證實了這種囊泡結(jié)構(gòu)的存在。最初研究者們認為外泌體是網(wǎng)織紅細胞轉(zhuǎn)向成熟過程中形成的一個載體，用來清除轉(zhuǎn)鐵蛋白受體。隨后越來越多的研究發(fā)現(xiàn)外泌體在各種病理生理過程中起到重要作用，尤其是細胞間通訊。外泌體與凋亡小體及微泡不同，它來源于細胞的內(nèi)體途徑，以向內(nèi)出芽的方式形成。在外泌體生物合成的不同階段需要經(jīng)過多種機制的共同介導(dǎo)，其中多泡體的形成通常是由轉(zhuǎn)運必需內(nèi)體分選復(fù)合物(the endosomal sorting complex required for tansport，ESCRT)介導(dǎo)[4]，且形成的多泡體一部分與質(zhì)膜融合，以腔內(nèi)囊泡的形式釋放到細胞外，即為外泌體，而另一部分則與溶酶體融合，最終被溶酶體完全降解，即為自噬。此外，研究發(fā)現(xiàn)敲除ESCRT后細胞依然可以分泌外泌體，因此也存在ESCRT非依賴的外泌體形成機制[5]。

1.2 外泌體的主要組分和功能

外泌體的內(nèi)容物主要是蛋白質(zhì)、mRNA、miRNA、lncRNA、DNA以及脂質(zhì)等生物活性物質(zhì)[6]。外泌體的主要生物學功能是介導(dǎo)細胞間的信息交流、參與機體免疫應(yīng)答、信號傳導(dǎo)、廢物清除等多個病理生理過程[7]。近年來，越來越多的研究結(jié)果顯示外泌體通過自分泌、旁分泌或遠分泌的方式遞送蛋白質(zhì)、miRNA等內(nèi)容物作用于受體細胞，介導(dǎo)細胞間的信息交流，進而影響受體細胞的生物學功能。外泌體與受體細胞結(jié)合的方式包括：1)釋放有效成分于受體細胞附近；2)與靶細胞表面特異性受體結(jié)合；3)與質(zhì)膜融合；4)受體細胞的內(nèi)吞作用[8]。細胞在不同的狀態(tài)下會啟動一種或多種方式將外泌體與受體細胞結(jié)合。此外，在疾病的診斷中外泌體的內(nèi)容物也發(fā)揮重要作用且具有一定的優(yōu)勢，這是由于脂質(zhì)雙層膜保護它們不被核酸酶降解[9]。

最新的研究還發(fā)現(xiàn)細胞能夠通過外泌體代償性的外排機制來清除有害物質(zhì)。例如，在帕金森疾病的研究中，當自噬體形成受阻時，含有α-突觸核蛋白的外泌體分泌增加，以此減少神經(jīng)細胞內(nèi)的α-突觸核蛋白的蛋白毒性，從而抑制神經(jīng)細胞死亡[10]。

2 外泌體與心血管重構(gòu)

2.1 外泌體介導(dǎo)的血管重塑

血管重塑是指血管在應(yīng)對管腔內(nèi)壓力、流量的變化及血管壁損傷時發(fā)生的適應(yīng)性結(jié)構(gòu)改變，是心血管重構(gòu)的重要環(huán)節(jié)。

2.1.1 血流動力學

血流量及血流速率的變化可引起血流剪切力的改變，為了保持剪切力的恒定，血管壁張力增加進而導(dǎo)致血管重塑。OTANI等[11]發(fā)現(xiàn)，高血壓大鼠血漿外泌體可顯著提高正常大鼠的收縮壓。相反，正常大鼠血漿外泌體可顯著降低高血壓大鼠的收縮壓。高血壓大鼠血漿外泌體可誘導(dǎo)胸主動脈的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，如血管壁增厚及膠原含量降低，顯著增加左心室的濕重和血管周圍的纖維化程度，進而導(dǎo)致血壓的改變，而正常大鼠血漿外泌體可逆轉(zhuǎn)這些病理性的結(jié)構(gòu)改變。這一研究首次證明血漿外泌體可以調(diào)節(jié)血壓及心血管組織的結(jié)構(gòu)和功能。

2.1.2 內(nèi)皮細胞的通透性

當血管壁發(fā)生損傷時，內(nèi)皮細胞的通透性增加、功能發(fā)生障礙，進而促進心室重構(gòu)和動脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展。ZHENG等[12]發(fā)現(xiàn)，Krüppel樣因子5可誘導(dǎo)人主動脈平滑肌細胞來源的外泌體中miRNA-155的表達顯著上調(diào)，含有miRNA-155的外泌體可被內(nèi)皮細胞攝取，從而增強內(nèi)皮細胞的通透性，促進動脈粥樣硬化的進程。而血管平滑肌細胞分泌的外泌體通過遞送miRNA-150介導(dǎo)VEGF-A/VEGFR/PI3K/Akt通路的激活，進而促進內(nèi)皮細胞的遷移[13]。這些研究表明，外泌體是血管平滑肌細胞干預(yù)內(nèi)皮細胞功能的重要介質(zhì)。

2.1.3 內(nèi)皮細胞的炎癥

炎性細胞分泌的外泌體可通過調(diào)控相關(guān)的促炎因子來介導(dǎo)內(nèi)皮細胞炎癥反應(yīng)。OSADA等[14]認為，高血壓大鼠心臟中巨噬細胞標志物CD68表達上調(diào)，即巨噬細胞浸潤增強。進一步研究顯示巨噬細胞分泌的外泌體作用于內(nèi)皮細胞，可上調(diào)細胞內(nèi)黏附分子-1和纖溶酶原激活物抑制劑-1等促炎因子的表達。ISMAIL等[15]研究發(fā)現(xiàn)，巨噬細胞分泌的外泌體中miRNA-223可促進內(nèi)皮細胞的炎癥反應(yīng)，進而誘導(dǎo)內(nèi)皮細胞功能障礙。此外，單核細胞分泌外泌體中的miRNA-155通過激活NF-κB信號通路，進而調(diào)節(jié)內(nèi)皮細胞中促炎因子(細胞內(nèi)黏附分子-1、趨化因子CCL2)的表達，從而使內(nèi)皮細胞功能障礙[16]。GAO等[17]研究顯示，樹突狀細胞分泌的外泌體經(jīng)由促炎因子腫瘤壞死因子α(Tumor necrosis factor α，TNF-α)激活NF-κB信號通路，進而促進內(nèi)皮細胞的炎癥反應(yīng)。這些研究結(jié)果表明炎性細胞分泌的外泌體通過調(diào)控細胞因子參與內(nèi)皮細胞炎癥的發(fā)生機制。

2.1.4 血管平滑肌細胞表型轉(zhuǎn)化

平滑肌細胞的表型轉(zhuǎn)化是血管重塑的重要環(huán)節(jié)之一，且內(nèi)皮細胞的旁分泌效應(yīng)在表型轉(zhuǎn)化中發(fā)揮重要作用。LIN等[18]研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)皮細胞分泌外泌體中的miRNA-206可靶向作用于ADP-核糖基化因子6和鈉/鈣交換劑1，進而維持平滑肌細胞的收縮表型，抑制血管重塑進程。

2.2 外泌體介導(dǎo)心肌缺血與凋亡

心血管重構(gòu)往往導(dǎo)致缺血性疾病的發(fā)生，且目前心肌缺血的常規(guī)治療無法從根源上解決心肌細胞的既有損傷問題，而干細胞療法意在通過分化取代受損的心肌細胞，因此受到廣泛關(guān)注。但早期的研究發(fā)現(xiàn)與對照組相比，移植間充質(zhì)干細胞(mesenchymal stem cell，MSC)能夠明顯改善急性心肌梗死72 h內(nèi)的心臟功能，而短期內(nèi)移植到體內(nèi)的MSC并未完全分化成有正常收縮功能的心肌細胞[19]，提示干細胞的旁分泌效應(yīng)，即干細胞分泌的外泌體可能在缺血心肌恢復(fù)中發(fā)揮了關(guān)鍵保護作用。

BARILE等[20]研究發(fā)現(xiàn),心臟祖細胞分泌的外泌體能夠抑制小鼠HL-1心肌細胞凋亡，同時能夠促進人臍靜脈內(nèi)皮細胞中的血管新生。進一步的實驗證實這些作用都是由外泌體中的miRNA介導(dǎo)的，其中miR-210下調(diào)ephrin A3和PTP1b，抑制心肌細胞凋亡，miRNA-132下調(diào)RasGap-p120的表達，從而促進內(nèi)皮細胞的血管生成，進而增加左心射血分數(shù)，改善心肌功能。KHAN等[21]研究發(fā)現(xiàn)，胚胎干細胞分泌的外泌體miRNA-290家族，尤其是miRNA-294可顯著提高心肌細胞的存活和遷移，進而加快心梗后心臟功能的修復(fù)過程。WANG等[22]研究證實,誘導(dǎo)多功能干細胞分泌的外泌體miRNA-21、210可通過抑制caspase3、7的活化來減少心肌細胞的凋亡，進而減輕缺血再灌注損傷。YU等[23]發(fā)現(xiàn),過表達GATA4的MSC分泌的外泌體能夠增加低氧環(huán)境下心肌細胞的存活率、減少心肌細胞凋亡以及保持線粒體的完整性，進而發(fā)揮心臟保護作用。WANG等[24]認為,人子宮內(nèi)膜來源的MSC同樣具有心臟保護作用，且這種保護作用是由外泌體中高分泌的miRNA-21介導(dǎo)的。miRNA-21可抑制下游靶蛋白PTEN的表達，從而增強了心肌細胞中Akt的磷酸化和Bcl-2的表達，抑制心肌細胞凋亡。

除了外泌體miRNA，外泌體包含的蛋白質(zhì)在細胞凋亡中也發(fā)揮重要的保護作用。VICENCIO等[25]發(fā)現(xiàn),在缺氧/復(fù)氧模型中對大鼠進行遠端缺血預(yù)處理后提取血漿中的外泌體，這些外泌體能夠減少心肌細胞凋亡，這種保護效應(yīng)是由于外泌體包含的HSP70與Toll樣受體4結(jié)合，激活下游的ERK和p38MAPK信號通路，磷酸化HSP27而抑制心肌細胞凋亡。

2.3 外泌體介導(dǎo)心肌肥厚

心肌肥厚不僅包含心肌細胞肥大，同時伴有心臟間質(zhì)的改變，進而發(fā)生心肌肥大和心肌纖維化等病理改變。外泌體作為細胞間信息交流的載體，在這些病理過程中發(fā)揮重要作用。

2.3.1 心肌肥大

腎素-血管緊張素系統(tǒng)在高血壓的發(fā)病過程中發(fā)揮重要作用，其中血管緊張素Ⅱ(Angiotensin Ⅱ，Ang Ⅱ)是重要的效應(yīng)分子，研究發(fā)現(xiàn)成纖維細胞分泌的外泌體可抑制Ang Ⅱ誘導(dǎo)的心肌細胞肥大。BANG 等[26]研究發(fā)現(xiàn),成纖維細胞分泌的外泌體中富含miRNA-21-3p，而miRNA-21-3p通過調(diào)控下游靶點SORBS2和PDLIM5影響心肌細胞功能。體內(nèi)和體外實驗結(jié)果均顯示沉默SORBS2和PDLIM5可誘導(dǎo)心肌細胞肥大，且在Ang Ⅱ誘導(dǎo)的心肌肥大模型中下調(diào)miRNA-21-3p的表達可以抑制心肌細胞肥大。另一研究[27]則發(fā)現(xiàn),Ang Ⅱ誘導(dǎo)心肌成纖維細胞分泌的外泌體還能夠通過激活MAPK和Akt來增強心肌細胞中腎素-血管緊張素系統(tǒng)的活性，上調(diào)腎素、血管緊張素原、AT1R和AT2R的表達，進而促進心肌細胞肥大，而外泌體抑制劑則能夠有效地減弱這一病理過程。這些研究從細胞旁分泌的角度揭示了外泌體在心肌肥大中的重要作用。

2.3.2 心肌纖維化

心肌纖維化是病理性心肌肥厚的重要病理基礎(chǔ)，研究發(fā)現(xiàn)多種來源的外泌體通過調(diào)控心肌成纖維細胞增殖和細胞外基質(zhì)合成過程參與心肌纖維化的形成。FENG等[28]提出,經(jīng)缺血預(yù)處理后MSC分泌的外泌體中miRNA-22表達高，且miRNA-22通過靶向調(diào)控甲基化CpG結(jié)合蛋白2來抑制心肌成纖維細胞的增殖，進而抑制心肌纖維化。在2型糖尿病小鼠模型中，運動可誘導(dǎo)心肌細胞分泌的外泌體中富含miRNA-29b和miRNA-455，這兩種miRNA通過靶向調(diào)節(jié)基質(zhì)金屬蛋白酶9來抑制細胞外基質(zhì)的合成，從而減少心肌纖維化[29]。

2.4 外泌體介導(dǎo)心臟免疫炎癥反應(yīng)

心血管重構(gòu)這一復(fù)雜過程除了由機械刺激誘導(dǎo)外，另一個主要的刺激因素是神經(jīng)體液因子。多種炎性細胞因子以及免疫細胞參與心血管重構(gòu)，包括白細胞介素-6(interleukin 6，IL-6)、巨噬細胞、單核細胞和T細胞等。外泌體可包裹炎性細胞因子作用于其他細胞，參與心血管重構(gòu)中的炎癥反應(yīng)過程。

TENG等[30]指出,MSC分泌的外泌體可增強血管形成和抑制T細胞的功能，進而抑制過度炎癥反應(yīng)，起到保護心功能的作用。在心肌細胞分泌的外泌體中，miRNA-181b可抑制巨噬細胞的浸潤過程，介導(dǎo)免疫反應(yīng)[31]。同樣地，免疫細胞分泌的外泌體也參與炎癥反應(yīng)過程。WANG等[32]研究發(fā)現(xiàn),在巨噬細胞分泌的外泌體中，miRNA-155靶向作用于心肌成纖維細胞，促進成纖維細胞的炎癥反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)外泌體在免疫細胞之間也發(fā)揮重要的信息交流作用。LIU等[33]認為,缺氧狀態(tài)樹突狀細胞分泌的外泌體可上調(diào)CD4+T細胞中炎性因子IFN-γ和TNF-α的表達，進而促進T細胞的活化。

此外，在心臟外科手術(shù)中，體外循環(huán)技術(shù)的應(yīng)用可能誘導(dǎo)患者發(fā)生全身性炎癥反應(yīng)綜合征。POON等[34]采集使用過體外循環(huán)患者的血清，發(fā)現(xiàn)血清外泌體中的miRNA-223靶向作用于IL-6和NLRP3，進而抑制炎癥反應(yīng)。另一研究[35]則發(fā)現(xiàn)，與健康對照組相比，慢性心力衰竭患者血漿中的外泌體增加，且其中的mtRNA可通過TLR9-NF-κB信號通路來促進炎癥反應(yīng)的發(fā)生。這些研究結(jié)果顯示miRNA以外泌體為載體調(diào)控炎性因子的表達，參與心血管重構(gòu)過程中的炎癥反應(yīng)。

3 展望

自發(fā)現(xiàn)外泌體30多年以來，它在疾病中的作用受到越來越多的關(guān)注。外泌體作為細胞通訊的載體，遞送RNA、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等多種物質(zhì)，參與高血壓等心血管疾病誘導(dǎo)的心血管重構(gòu)的發(fā)生和發(fā)展，提示可能成為心血管疾病的診療新靶點。目前外泌體處于深入研究階段，但其在心血管重構(gòu)中靶向調(diào)控機制還尚未完全闡明。因此，外泌體在心血管重構(gòu)的診斷和治療中的作用值得深入探索，進而為臨床提供新思路。